《工程测量》课件-项目6 工程变形监测、分析与预报

工程测量项目六：工程变形监测、分析与预报

6.1工程变形监测的基础知识

伸缩、错动、弯曲和扭转平移、转动、升降和倾斜自身的变形相对参照物的运动变形一、变形客观原因建筑物的自重、使用中的动荷载振动或风力等因素引起的附加荷载建筑物结构的型式地下水位的升降及其对基础的侵蚀作用二、引起工程变形的原因客观原因二、引起工程变形的原因地基土在荷载与地下水位变化温度的变化建筑物附近新工程施工对地基的扰动主观原因二、引起工程变形的原因地质勘探不充分

设计错误施工质量差施工方法不当变形监测，又称变形测量或变形观测，是对变形体(也即被监测的对象或物体)进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。三、变形监测的定义对地球自身动态变化的监测区域性地壳形变和地面沉降的监测全球性的变形监测区域性的变形监测具体建筑物工程变形监测三、变形监测的定义桥梁隧道大坝船闸车船飞机Titleinhere地下建筑物Titlein大型科学实验设备Titleinhere高层建筑物变形体工程变形监测三、变形监测的定义三、变形监测的定义保障工程安全积累监测分析资料解释变形的机理验证变形的假说水平位移监测、垂直位移监测、偏距、倾斜、挠度、弯曲、扭转、震动、裂缝对变形体监测点进行周期观测，以求得两个周期间的变形值和瞬时变形值作用特点内容一、变形监测精度的确定1.根据变形监测目的来确定监测精度

安全监测积累资料科学试验服务一、变形监测精度的确定2.根据工程允许变形值的大小来确定监测精度

“如果变形测量是为了确保建筑物的安全、使变形值不超过某一允许的数值，则其观测值的误差应小于变形允许值的1/10～1/20；如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面这个数值小得多（小于变形允许值的1/20～1/100），甚至应采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。”一、变形监测精度的确定3、变形监测的测量等级及精度变形测量等级沉降观测位移观测适用范围观测点测站高差中误差/mm观测点坐标中误差／mm特级≤0.05≤0.3特高精度要求的特种精密工程各重要科研项目变形观测一级≤0.15≤1.0高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测二级≤0.50≤3.0中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测三级≤1.50≤10.0低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测二、变形监测的观测周期初始周期施工过程中工程建成后一般应在埋设的基准点稳定后及时进行观测周期应短一些，频率应大一些建成初期，变形速度较快，观测周期应短一些，随着建筑物趋向稳定，可减少观测次数，但仍应坚持长期观测工程测量项目六：工程变形监测、分析与预报主讲教师：

6.3变形监测网

变形监测网直接埋在建筑物上，和建筑物一起移动，用它们的坐标变化来反映建筑物空间位置的变化。通常埋设在变形影响范围之外，尽可能使它们长期稳定不动工作基点，是基准点和变形监测点之间的联系点。它们与基准点联系构成绝对网。一、垂直位移监测网地面垂直位移建筑物垂直位移地面垂直位移指地面沉降或上升，其原因除了地壳本身的运动外，主要是人为造成的。建筑物垂直位移观测是测定基础和建筑物本身在垂直方向上的位移。一、垂直位移监测网1.垂直位移观测基准点的布置

在城市建筑区因受到周围环境的影响，不一定能组成图标准图形，这时可根据具体情况做出选择，但必须设置一个到三点距离相等的固定测站，而且与三点的距离应在允许的视距范围以内。一、垂直位移监测网2.垂直位移观测基准点的构造与埋设一、垂直位移监测网2.垂直位移观测基准点的构造与埋设

水准基点应埋设在工程建筑物所引起的变形影响范围之外，尽可能埋设在稳定的基岩上。当观测场地覆盖土层很浅时，水准基点可采用岩层水准基点标石，或者用混凝土基本水准标石。当覆盖土层较厚时，可采用深埋钢管标石；为了避免温度变化对观测标志高程的影响，还可采用深埋双金属标石。一、垂直位移监测网3.垂直位移观测工作基点的构造与埋设一、垂直位移监测网3.垂直位移观测工作基点的构造与埋设

工作基点的标石，可按点位的不同要求选埋浅埋钢管水准标石、混凝土普通水准标石或墙脚水准标石等。工作基点埋设时，与邻近建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的1.5～2.0倍。一、垂直位移监测网4.垂直位移监测点的标志与埋设

垂直位移监测点的选择是一个多学科的综合课题。点位的分布既要均匀，又要保证重点部位有监测点，使监测点的布设方案能比较完全地显示出建筑物的变形特征。一、垂直位移监测网应有足够的数量，以便测出整个基础的沉降、倾斜与弯曲，并且能够绘出等沉降值曲线应考虑建筑物的规模、型式和结构特征，埋设在能够准确反映建筑物沉降的特征点位置应便于观测、能长久保存，应尽量保证在整个变形监测期间不受损坏监测点应与建筑物紧密地结合在一起，确保监测点的沉降能准确反映建筑物沉降监测点埋设原则二、水平位移监测网水平位移监测网主要任务是测定工程建筑物的水平位移。对于大中型工程建筑物，可以分级布网，即由基准点和工作基点组成控制网，由水平位移监测点及所联测的工作基点组成扩展网；对于中小型建筑物水平位移监测，可将基准点连同监测点按单一层次布设。二、水平位移监测网控制网可采用测角网、测边网、边角网或导线网或GPS网；扩展网和单一层次布网可采用角交会、边交会、边角交会、基准线或附合导线等形式。各种布网均应考虑网形强度，长短边不宜悬殊过大。每一测区的基准点不应少于2个，每一测区的工作基点亦不应少于2个。1.水平位移监测基准点的标志与埋设二、水平位移监测网

最简单的方法是在观测墩(或金属圆盘)的中心插上一根铁杆，露出墩面的一部分加工成公螺旋，其直径应根据观测用的仪器脚架的中心螺旋来设计。在观测时可直接把仪器旋上而无需对中。用对中螺旋办法虽能达到一定的对中精度，但往往由于螺纹粗糙而对仪器基座有所损伤。

a.对中螺旋装置

（1）混凝土观测墩1.水平位移监测基准点的标志与埋设二、水平位移监测网

b.点，线、面式对中装置

它是一只对中盘，盘上有三个小金属块，分别是点、线、面。“点”是金属块上有个圆锥形凹穴，脚螺旋尖端放上去后不可移动；“线”是金属块上有一线形凹槽，脚螺旋尖端在凹槽内可以沿槽线移动；第三块是一个平面，脚螺旋尖端在上面有二维自由度。当脚螺旋间距与这三个金属块间距大致相等时，仪器可以在对中盘上精确就位。（1）混凝土观测墩1.水平位移监测基准点的标志与埋设二、水平位移监测网

c.三叉式对中装置

它也是一个对中盘，盘上铣出三条辐射形凹槽，三条凹槽夹角为120°经纬仪要在这种盘上对中前也必须先把基座的底板卸掉。三只脚螺旋尖端在三条凹槽中安放好后，经纬仪就在对中盘上定位了。这种对中盘的优点是适用于脚螺旋间距不同的仪器。

（1）混凝土观测墩1.水平位移监测基准点的标志与埋设二、水平位移监测网（1）混凝土观测墩

d.球、孔式对中装置

固定在观测墩上的对中盘上有一个圆柱形的对中孔，另有一个对中球(或圆柱)通过螺纹可以旋在基座的底板下。对中球外径与对中孔的内径相匹配。旋上对中球的测量仪器通过球、孔接口，可以精确地就位于对中盘上。

1.水平位移监测基准点的标志与埋设二、水平位移监测网（2）倒锤装置

倒锤装置是一种埋设较深、稳定性很好的平面标志。此法是将一根不锈钢丝的根部埋设在建筑物基础深层基岩内，顶端根据浮体原理，用液体支承特钢的浮筒，将锚固在基岩中的不锈钢丝拉紧，成为一条顶端自由的垂线，当浮筒稳定时，不锈钢丝便成为一条铅垂线。它可作为基准点来测定建筑物的绝对位移。2.照准标志二、水平位移监测网照准标志应具有明显的几何中心或轴线，应符合图像反差大、图案对称、相位差小和本身不变形等要求工程测量项目六：工程变形监测、分析与预报主讲教师：

6.4建筑物垂直位移观测一、沉降观测原理h1A沉降观测原理本次沉降量总沉降量沉降速度所谓垂直位移观测，又叫沉降观测，即测定变形体的高程随时间而产生的位移大小、位移方向，并提供变形趋势及稳定预报而进行的测量工作。二、沉降观测方法基准点观测观测点观测定期测定各基准点之间的高差并在基准点与工作基点之间进行联测，称为基准点观测。按照周期定期测定观测点的高程二、沉降观测方法1.水准测量方法

沉降观测中的水准测量，与一般水准测量相比，其相应的等级精度高，各项限值小，技术要求严格。在不同的观测周期，最好采用同仪器、同标尺、同时间段、同观测者及同水准路线，以削弱系统误差对观测成果的影响。所谓的同水准路线，指的是设置固定的置镜点与立尺点，使往返测或重测在同一水准线路上进行。二、沉降观测方法2.短边三角高程测量

采用短边三角高程测量测定建筑物的沉降，在我国刚刚开始，而国外已经广泛应用于混凝土地基、高层楼房等建筑物的沉降观测。

三、沉降观测的成果整理

沉降观测成果表；沉降观测点位分布图及各周期沉降展开图；荷载-时间-沉降量曲线图（视情况提交）；沉降速度-时间-沉降量曲线图；建筑物沉降等值线图；沉降观测分析报告。上机操作演示考核模块工程测量项目六：工程变形监测、分析与预报主讲教师：

6.5

水平位移观测

一、水平位移观测原理1.利用不同周期偏离值计算水平位移

本次沉降量总沉降量一、水平位移观测原理2.利用不同周期坐标值计算水平位移图

X方向偏移量Y方向偏移量总的偏移量二、水平位移的测定方法1.视准线法

活动觇牌法二、水平位移的测定方法1.视准线法

测小角法图为测小角法测定水平位移二、水平位移的测定方法2.激光准直法

波带板激光准直法激光经纬仪准直法二、水平位移的测定方法3.机械法

机械法是在已知基准点上吊挂钢丝或尼龙丝构成基准线，用测尺游标、投影仪或传感器测量中间的目标点相对于基准线的偏离值。引张线法是一种典型的机械法。引张线是在两固定端点之间以重锤和滑轮拉紧的金属丝作为基准线，测量变形监测点到基准线的距离，确定偏离值的方法。引张线法二、水平位移的测定方法4.交会法

前方交会法二、水平位移的测定方法4.交会法

后方交会法二、水平位移的测定方法5.导线法

导线法也常用于曲线型工程建筑物（例如塔型建筑物、水工建筑物、拱坝、曲线桥梁等）的水平位移测定。

二、水平位移的测定方法6.变形监测机器人

二、水平位移的测定方法7.地面摄影测量方法

二、水平位移的测定方法8.GPS变形监测

二、水平位移的测定方法8.GPS变形监测

在变形监测方面，与传统方法相比较，应用GPS不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用GPS和计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程在线网络实时监控的目的。二、水平位移的测定方法9.三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，可以快速地获得被测物体表面密集的、全面的、关联的、连续的三维坐标数据及影像数据，因此也被称为“实景复制技术”。

三维激光扫描仪多用于大坝、船闸、桥梁等的变形监测。三、水平位移观测成果图6.58多期位移矢量图观测结束后，应提交水平位移监测点位布置图；观测成果表；水平位移曲线图；地基土深层侧向位移图；当基础的水平位移与沉降同时观测时，可选择典型剖面绘制两者的关系曲线；观测成果分析资料等观测资料。工程测量项目六:工程变形监测、分析与预报主讲教师：

6.6高耸建筑物倾斜观测

建筑物倾斜观测倾斜率i：一、直接测定建筑物倾斜的方法1.直接投影法

此法一般是用全站仪将建筑物的上、下墙角标志直接投影到同一个水平面上（见图6-63），从而求出建筑物上部相对于底部的水平位移值a。一、直接测定建筑物倾斜的方法

2.测算法适用于：对精度要求较高，且需长期重复进行的倾斜观测。一、直接测定建筑物倾斜的方法

3.纵横轴线法适用于：邻近有空旷场地的塔式或圆形建筑物或构件的倾斜观测。一、直接测定建筑物倾斜的方法

4.前方交会法

当受实地作业环境的限制，纵横轴线法难以采用时，可考虑采用前方交会法（见图6-68）。需要注意的是所选基线应与监测点组成最佳构形，交会角最好限制在60°～120°。

一、直接测定建筑物倾斜的方法

5.吊垂球法

在建（构）筑物顶部或需要的高度处（监测点），直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备(如毫米格网读数板)，直接读取或量出上部监测点相对底部监测点的水平位移量和位移方向（见图6-69）。一、直接测定建筑物倾斜的方法

6.激光铅直仪观测法

在建（构）筑物顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向，见图6-70。作业中仪器应严格整平、对中。一、直接测定建筑物倾斜的方法

6.激光铅直仪观测法

在建（构）筑物顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向，见图6-70。作业中仪器应严格整平、对中。正垂线法主要设备包括悬线装置、固定与活动夹线装置、观测墩、垂线、重锤、油箱等，如图6-71所示。观测时，由底部观测墩上安置的量测设备（如坐标仪、光学垂线仪、电感式垂仪），按一定周期测出各测点的水平位移量。一、直接测定建筑物倾斜的方法

7.正锤线法

一、直接测定建筑物倾斜的方法

7.正锤线法

铅垂线自建筑物顶部处挂下，保持稳定，在各高程位置的监测点上安置观测仪器（如坐标仪、光学垂线仪、电感式垂线仪），即可测得各监测点与建筑物顶部的相对水平位移值Sj′和顶部相对于底部的水平位移值S0，根据相邻两点之间的水平位移差及高差，即可求出两点间的相对倾斜率i。

（1）一点支承多点观测法此法的优点是垂线不动，不易受损，但须在不同的高程处设置仪器，工作不便。一、直接测定建筑物倾斜的方法

7.正锤线法

（2）多点支承一点观测法

此法是在需测定水平位移的高程处，多点支承正垂线，于底部同一水平面处观测，直接得到各监测点的挠度值Sj。垂线可做成固定式，也可由活动夹线装置将垂线自上而下依次夹紧，在底部坐标仪上读取观测值。

此法的优点是观测安全、迅速，但采用临时夹线法时易使垂线受损，如活动夹线装置构造较差，则会使误差增大。如图6-72所示。

一、直接测定建筑物倾斜的方法

8.激光位移计自动测记法

位移计宜安置在建筑物底层或地下室地板上，接收装置可设在顶层或需要观测的楼层，激光通道可利用楼梯间梯井，测试室宜选在靠近顶部的楼层内。当位移计发射激光时，从测试室的光线示波器上可直接获取位移图像及有关参数，并自动记录成果。二、相对沉降间接确定建筑物整体倾斜1.测定基础沉降差法

测定基础沉降差法即采用精密水准测量方法，以所测各周期的基础沉降差换算求得建筑物整体倾斜度及倾斜方向。如图6-74所示，设建筑物高度为H，如果测出了某建筑物一侧轴线方向上A、B两点之间的不均匀沉降（即沉降差）△s，其中：

则该方向上顶部相对于底部的水平位移值a即可用右式计算:二、相对沉降间接确定建筑物整体倾斜1.测定基础沉降差法

此法适用于建筑物本身刚性强，发生倾斜时自身结构仍然完整，且沉陷资料可靠的建筑物。采用此法一般应将倾斜监测点的位置与沉陷观测点的位置综合考虑进行布设。二、相对沉降间接确定建筑物整体倾斜2.液体静力水准测量法

液体静力水准测量的基本原理是利用相连通的两容器中水位读数的差值，求得两点间的相对高差，比较各次观测得到的高差之变化，即可求得其相对沉陷量，从而可计算出其倾斜角和水平位移量。三、倾斜观测提交成果

提交资料倾斜观测点位布置图观测成果表成果图主体倾斜曲线图观测成果分析资料本节总结高耸建筑物的倾斜观测直接测定建筑物倾斜的方法按相对沉降间接确定建筑物整体倾斜直接投影法测算法液体静力水准测量法提交成果测定基础沉降差法吊垂球法纵横轴线法前方交会法激光铅直仪观测法正锤线法一点支承多点观测法多点支承一点观测法工程测量项目六:工程变形监测、分析与预报主讲教师：

6.7高耸建筑物倾斜观测

一、裂缝观测

1.观测方法

裂缝观测标志，应具有可供量测的明晰端面或中心。观测期较长时，可采用镶嵌或埋入墙面的金属标志、金属杆标志或楔形板标志；观测期较短或要求不高时，可采用油漆平行线标志或用建筑胶粘帖的金属片标志。要求较高、需要测定出裂缝纵、横向变化值时，可采用坐标方格网板标志。使用专用仪器设备观测的标志，可按具体要求另行设计。对于较大面积且不便于人工量测的众多裂缝宜采用近景摄影测量方法；当需连续监测裂缝变化时，还可采用测缝计或传感器自动测记方法观测。一、裂缝观测

2.观测标志

金属点标志一、裂缝观测

2.观测标志

金属片标志一、裂缝观测

3.裂缝观测提交成果

提交资料裂缝分布位置图裂缝观测成果表观测成果分析说明资料裂缝沉降关系曲线图1.资料整理（1）收集资料。如工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等。（2）审核资料。如检查收集的资料是否齐全、审查数据是否有误或精度是否符合要求、对间接资料进行转换计算、对各种需要修正的资料进行计算修正、审查平时分析的结论意见是否合理等。二、变形监测的资料整理、成果表达和解释—资料整理

1.资料整理